Natural glycolipids for the control of spoilage organisms in red wine

Abstract

A natural glycolipid mixture obtained from the edible mushroom dacryopinax spathularia (“glycolipids”) is known to be an effective and approved antimicrobial treatment in non-alcoholic beverages at concentrations ranging from 5 – 100 mg/l. It has found a place alongside DMDC for the provision of microbial stability in soft drinks. These properties make the natural and sustainably produced glycolipids a promising candidate for the supplementation or replacement of so2 in different winemaking processes. In this work we explored several applications of glycolipids in wine production. Specifically, we tested whether glycolipids could kill and prevent the re-emergence of the yeast brettanomyces bruxellensis, and the bacteria acetobacter pasteurianus and gluconobacter oxydans in shiraz wine. Together these microorganisms are responsible for the majority of microbial spoilage issues in red wines. Laboratory trials involved inoculating so2 free shiraz wine with a test culture at an inoculation rate of 1000 CFU/ml. Wines were then treated with 10 – 50 mg/l glycolipids. These experiments showed that glycolipids can reduce the viable cells concentrations of b. Bruxellensis, a. Pasteurianus and g. Oxydans in commercial shiraz wine and prevent their re-emergence over oenologically relevant periods (6 months). Not only did glycolipids suppress the growth of these spoilage organisms, but they also prevented the formation of the two major odorant compounds associated with b. Bruxellensis (4-ethylphenol and 4-ethylguaiacol) and prevented acetic acid production in wine inoculated with a. Pasteurianus and g. Oxydans, demonstrating the metabolic inactivation the yeast and bacteria that produce them.  A subsequent commercial scale experiment tested the effectiveness of glycolipids against b. Bruxellensis in wine stored in 225 – 300 l size oak barrels. B. Bruxellensis strain awri 1499 was inoculated into the barrels at 103 cfu/ml. Two different concentrations of glycolipids (40 and 80 mg/l) were added to the barrels after inoculation. Treatments were applied in triplicate and effects were compared to an untreated control set. Viable cell concentrations were monitored for 28 weeks. After 28 weeks substantial growth of b. Bruxellensis was only evident in non-treated barrels. In both laboratory and commercially relevant barrel storage trials, the concentration of glycolipids required to suppress the growth of b. Bruxellensis and related wine spoilage was 40 mg/l or higher.   Together these trials demonstrate that glycolipids have potential as an antimicrobial agent for the protection of red wine stored in barrels or in tanks. Since glycolipids can be removed by filtration (depending on filter material and pore size), they can be considered a processing aid when used for protection of wine during maturation or during storage before filtration and bottling.

Natürliche glykolipide als schutz vor verderbniserregern in rotwein

Ein gemisch natürlicher glykolipide, das aus dem essbaren pilz dacryopinax spathularia gewonnen wird („glykolipide“), ist als wirksame und zugelassene antimikrobielle konservierung in alkoholfreien getränken in konzentrationen von 5 bis 100 mg/l bekannt. Glykolipide werden wie auch dmdc verwendet, um die mikrobielle stabilität alkoholfreier getränke zu gewährleisten. Ihre eigenschaften machen diese nachhaltig produzierten glykolipide zu einem vielversprechenden kandidaten zur reduzierung oder ersatz von so2 in verschiedenen stadien der weinherstellung. In dieser studie wurden unterschiedliche anwendungsszenarien für glykolipide in der weinherstellung untersucht. Insbesondere wurde untersucht, ob glykolipide die schadhefe brettanomyces bruxellensis und die schadbakterien acetobacter pasteurianus und gluconobacter oxydans in shiraz-wein abtöten und ihr wiederaufkeimen verhindern können. Gemeinsam sind diese mikroorganismen für den großteil der mikrobiellen verderbnis-probleme in rotweinen verantwortlich. In laborversuchen wurde so2-freier shiraz-wein mit einer testkultur mit einem inokulum von 1000 kbe/ml beimpft. Die weine wurden anschließend mit 10 – 50 mg/l glykolipiden versetzt. Die ergebnisse zeigten, dass glycolipide die konzentration lebensfähiger zellen von b. Bruxellensis, a. Pasteurianus und g. Oxydans in shiraz-wein reduzieren und ihr wiederauftreten über önologisch relevante zeiträume von 6 monaten verhindern können. Die glykolipide unterdrückten nicht nur das wachstum der schadkeime, sondern verhinderten auch die bildung der beiden wichtigsten geruchsstoffe, die mit b. Bruxellensis auftreten (4-ethylphenol und 4-ethylguaiacol). Sie verhinderten ebenso die produktion von essigsäure in den mit a. Pasteurianus und g. Oxydans beimpften weinen. Es wurde somit die metabolische inaktivierung der hefen und bakterien nachgewiesen.  Im anschließenden versuch im kommerziellen maßstab wurde die wirksamkeit der glykolipide gegen b. Bruxellensis in wein getestet, der in eichenfässern mit einem fassungsvermögen von 225 bis 300 litern gelagert wurde.  Die fässer wurden hierfür mit b. Bruxellensis (stamm awri 1499) mit 1000 kbe/ml beimpft. Nach der inokulierung wurden den fässern zwei verschiedene glykolipid-konzentrationen zugesetzt (40 und 80 mg/l). Alle ansätze erfolgten im triplikat, und die ergebnisse wurden mit nicht behandelten kontrollproben verglichen. Die konzentration lebensfähiger zellen wurde über 28 wochen verfolgt. Nach 28 wochen war ein deutliches wachstum von b. Bruxellensis nur in den unbehandelten fässern festzustellen. Sowohl in den laborversuchen als auch im pilotversuch zur fasslagerung lag die wirksame konzentration an glycolipiden, um das wachstum von b. Bruxellensis und somit das verderben des weins zu unterdrücken, jeweils bei 40 mg/l.   Zusammengenommen zeigen die versuche, dass glykolipide als antimikrobielles mittel in fässern oder tanks gelagertem rotwein mikrobiell schützen können. Da glykolipide durch filtration entfernt werden können, sind sie als verarbeitungshilfsmittel einzustufen, wenn sie zum schutz des weins während der reifung oder während der lagerung, jedoch vor filtration und abfüllung verwendet werden.

Glycolipides naturels pour le contrôle des organismes d’altération du vin rouge

Un mélange naturel de glycolipides obtenu à partir du champignon comestible dacryopinax spathularia (« glycolipides ») est connu pour être un traitement antimicrobien efficace et approuvé dans les boissons non alcoolisées à des concentrations allant de 5 à 100 mg/l. Il a trouvé sa place au côté du DMDC pour assurer la stabilité microbienne des boissons gazeuses. Ces propriétés font des glycolipides naturels et produits de manière durable un candidat prometteur pour la supplémentation ou le remplacement du so2 dans différents processus de vinification.  Dans ce travail, nous avons exploré plusieurs applications des glycolipides dans la production de vin. Plus précisément, nous avons testé si les glycolipides pouvaient tuer et empêcher la réémergence de la levure brettanomyces bruxellensis et des bactéries acetobacter pasteurianus et gluconobacter oxydans dans le vin de shiraz. Ensemble, ces microorganismes sont responsables de la majorité des problèmes d’altération microbienne des vins rouges. Les essais en laboratoire ont consisté à inoculer du vin de shiraz sans so¬2 avec une culture test à un taux d’inoculation de 1 000 UFC/ml. Les vins ont ensuite été traités avec 10 à 50 mg/l de glycolipides. Ces expériences ont montré que les glycolipides peuvent réduire les concentrations de cellules viables de b. Bruxellensis, a. Pasteurianus et g. Oxydans dans le vin de shiraz commercial et empêcher leur réémergence sur des périodes œnologiquement pertinentes (6 mois). Non seulement les glycolipides ont supprimé la croissance de ces organismes d’altération, mais ils ont également empêché la formation des deux principaux composés odorants associés à b. Bruxellensis (4-éthylphénol et 4-éthylgaïacol) et ont empêché la production d’acide acétique dans le vin inoculé avec a. Pasteurianus et g. Oxydans, démontrant l’inactivation métabolique des levures et des bactéries qui les produisent. Une expérience ultérieure à l’échelle commerciale a testé l’efficacité des glycolipides contre b. Bruxellensis dans du vin stocké dans des fûts de chêne de 225 à 300 l. La souche awri 1499 de b. Bruxellensis a été inoculée dans les fûts à raison de 103 ufc/ml. Deux concentrations différentes de glycolipides (40 et 80 mg/l) ont été ajoutées aux fûts après inoculation. Les traitements ont été appliqués en triple et les effets ont été comparés à un ensemble témoin non traité. Les concentrations de cellules viables ont été surveillées pendant 28 semaines. Après 28 semaines, une croissance substantielle de b. Bruxellensis n’était évidente que dans les fûts non traités. Dans les essais de stockage en fûts en laboratoire et commercialement pertinents, la concentration de glycolipides nécessaire pour supprimer la croissance de b. Bruxellensis et la détérioration du vin associée était de 40 mg/l ou plus.  Ensemble, ces essais démontrent que les glycolipides ont un potentiel en tant qu’agent antimicrobien pour la protection du vin rouge stocké en fûts ou en cuves. Etant donné que les glycolipides peuvent être éliminés par filtration (en fonction du matériau filtrant et de la taille des pores), ils peuvent être considérés comme un auxiliaire technologique lorsqu’ils sont utilisés pour protéger le vin pendant la maturation ou pendant le stockage avant la filtration et la mise en bouteille.